java class的兼容问题

Posted 2020-07-21 trytocatch

    前不久在工作中，遇到了几次编译class引起的NoSuchMethodError，经过分析与测试验证，也算是搞清楚了中间的来龙去脉，现在把一些结论性的东西（附带一些过程性的分析）分享出来。

    在使用javac -source 1.6 -target 1.6来编译低版本的(这里为1.6)class时，记得要使用-bootclasspath参数来指定1.6版本的类库（一般是rt.jar），不指定的话，会产生一个警告：
警告: [options] 未与 -source 1.6 一起设置引导类路径

警告: [options] 未与 -source 1.6 一起设置引导类路径

或者英文版

warning: [options] bootstrap class path not set in conjunction with -source 1.6

    如果忽视这个警告（当时我在网上搜索上述中文警告时，没有任何资料说需要引起注意，以及该如何解决），编译出来的class可能无法在低版本的jre中运行，假如源码中调用了一些特殊方法，则会在执行时抛出NoSuchMethodError。比如ConcurrentHashMap的keySet方法，在jdk1.6中，该方法返回的是Set，在jdk1.8中，该方法返回的是KeySetView，它是jdk1.8中新增的一个类，为Set的一个实现。当把这样编译出来的class放到jre1.6中去运行时，会因为找不到返回类型为KeySetView的keySet方法而抛出NoSuchMethodError，虽然编译后的class的版本是1.6。

    基于上面的认知，来讨论一下如下场景
    现在有apiA_1.0.jar与apiB_1.0.jar，apiB_1.0.jar依赖apiA_1.0.jar，前者是基于后者编译的，也就是这两个版本之间不存在兼容问题。
    然后假如apiA进行了修改，升级为apiA_1.1.jar，其中某个类的某个方法的返回值由Object改为了String（从源码上来讲，这样改是兼容的，因为String是一个Object，这应该就是里氏替换吧），此时apiB_1.0.jar就不兼容apiA_1.1.jar了，如果单方面把apiA升级到1.1，apiB在调用apiA中的那个返回值为Object的方法时，会因为找不到方法而抛出NoSuchMethodError（如果对此有异议，请看后文），因为现在在apiA中，只有那个返回值为String的方法了，并且，你也不可能保留返回值为Object的那个方法，它们是互相冲突的。
    当然，此时也可以重新发布一个apiB_1.1.jar，基于apiA_1.1.jar编译出来的版本。但这样，也就意味着，apiB依赖了apiA特定的版本，这样非常不利于依赖维护，使用过程中很容易出问题，而且这种问题只有在运行时，调用了有问题的方法时才会发现，应用程序的编译过程中是不会报错的（apiA和apiB是已经编译的jar了）。

    也许此时你已经注意到了，难道jdk也不向前兼容了？为什么我用jdk1.6编译出来的程序能在jre1.8中正常的调用ConcurrentHashMap.keySet？它不是也存在上面所说的问题吗？它为什么不会因为找不到返回值为Set的keySet方法而抛异常？
    这里就需要介绍一下class中的桥接方法（bridge method）了，它不报错，是因为1.8中确实也存在一个返回值为Set的keySet方法，只不过不是存在于源文件中，而是存在于class文件中，通过javap -v java.util.concurrent.ConcurrentHashMap反编译1.8的ConcurrentHashMap，可以看到一个返回值为java.util.Set的keySet方法：

public java.util.Set keySet();
descriptor: ()Ljava/util/Set;
flags: ACC_PUBLIC, ACC_BRIDGE, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokevirtual #838 // Method keySet:()Ljava/util/concurrent/ConcurrentHashMap$KeySetView;
4: areturn
LineNumberTable:
line 267: 0

ps:flag参数中的ACC_BRIDGE表明了这是一个桥接方法

    虽然java语法层面不允许存在仅返回值不同的两个方法，但在class文件中，并没有此限制，在此桥接方法中，调用了返回值为KeySetView的keySet方法。另外java.lang.reflect.Method.isBridge()就是指的这个。

    那为什么ConcurrentHashMap.keySet会有桥接方法呢？其实也不是jdk给自己搞的特殊化，是因为keySet是一个重写方法（接口方法也有此效果），重写了父类AbstractMap的public Set<K> keySet()方法，这个大致可以理解为，父类或接口已经对外宣称了该方法（也就是返回Set）,那如果子类或实现者自己返回了其它子类型，那么编译器就得来做这个兼容性工作，即创建桥接方法。如果直接改了顶层方法，编译器自然不可能去做这个事情，它怎么知道要跟谁兼容？同理，静态方法也会有问题。

    最后总结一下：

• 如果你要保持跟以前的版本兼容，除了接口方法或重写父类方法，其它时候就不要改变返回值类型，否则就不兼容了。（我认为在参与开源项目时尤其需要注意这一点）
• 使用高版本javac配置source、target参数来编译低版本class或打jar包时，必需用bootclasspath指定对应低版本的类库，否则也可能产生不兼容。这也意味着：不要仅仅装一个jdk8就期待编译出一定能在jre1.6上正常运行的程序，你还需要一个1.6版本的java类库来完成编译。
• 如果有替换个别class文件来打补丁的习惯，那么也需要特别小心兼容问题，原理是一样的。

上面所说的不兼容问题，会延后到真正调用问题方法时候才会暴露，所以值得加以重视。

相关链接：

javac官方文档：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/javac.html